CN105277780A - 电压过零点的获取方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电压过零点的获取方法和装置。其中，该电压过零点的获取方法包括：获取电压采样信号；根据电压采样信号确定电压采样信号的基波初始相位；获取相邻两个工频周期内的初始相位变化得到实际的周期参数；以及根据实际的周期参数和基波初始相位确定电压过零点。通过本发明，解决了现有技术中确定电压过零点时不准确的问题，进而达到了提高确定电压过零点准确性的效果。

Description

电压过零点的获取方法和装置

技术领域

本发明涉及电网领域，具体而言，涉及一种电压过零点的获取方法和装置。

背景技术

对于远程传输监控信息的电力线工频而言，由于信号调制在电压过零点附近，电压过零点的准确判断是基础；传统的工频通信方式是通过硬件比较电路获取电压过零点，在主动配电网中含有大量的分布式能源，逆变器等设备造成很强的谐波干扰环境中，会严重影响比较电路的判断，导致确定电压过零点时不准确，从而影响调制解调性能。

针对现有技术中确定电压过零点时不准确的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电压过零点的获取方法和装置，以解决现有技术中电压过零点的确定不准确的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电压过零点的获取方法。根据本发明的电压过零点的获取方法包括：获取电压采样信号；根据所述电压采样信号确定所述电压采样信号的基波初始相位；获取相邻两个工频周期内的初始相位之差，得到实际的周期参数；以及根据所述实际的周期参数和所述基波初始相位确定电压过零点。

进一步地，根据所述电压采样信号确定所述电压采样信号的基波初始相位包括：根据所述电压采样信号获取所述电压采样信号的幅值；根据所述电压采样信号获取所述电压采样信号的相位；根据所述幅值和所述相位确定所述基波初始相位。

进一步地，通过以下方式获取电压采样信号：其中，U(t)为采样信号，n为谐波次数，当n为1时，u(n)表示基波，是相位。

进一步地，通过以下方式根据所述电压采样信号获取所述电压采样信号的幅值：通过以下方式获根据所述电压采样信号获取所述电压采样信号的相位：

其中，N为每个周期的采样数，A_n为所述电压采样信号的幅值，B_n为所述电压采样信号的相位。

进一步地，根据所述幅值和所述相位确定所述电压采样信号的基波初始相位包括：获取工频通信系统的工作频率；根据所述工作频率、所述幅值和所述相位确定所述基波初始相位。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种电压过零点的获取装置。根据本发明的电压过零点的获取装置包括：第一获取单元，用于获取电压采样信号；第一确定单元，用于根据所述电压采样信号确定所述电压采样信号的基波初始相位；第二获取单元，用于获取相邻两个工频周期内的初始相位之差，得到实际的周期参数；以及第二确定单元，用于根据所述实际的周期参数和所述基波初始相位确定电压过零点。

进一步地，所述第一确定单元包括：第一获取模块，用于根据所述电压采样信号获取所述电压采样信号的幅值；第二获取模块，用于根据所述电压采样信号获取所述电压采样信号的相位；确定模块，用于根据所述幅值和所述相位确定所述基波初始相位。

进一步地，所述第一获取单元用于通过以下方式获取电压采样信号：其中，U(t)为采样信号，n为谐波次数，当n为1时，u(n)表示基波，是相位。

进一步地，所述第一获取模块用于通过以下方式根据所述电压采样信号获取所述电压采样信号的幅值：所述第二获取模块用于通过以下方式获根据所述电压采样信号获取所述电压采样信号的相位：

其中，N为每个周期的采样数，A_n为所述电压采样信号的幅值，B_n为所述电压采样信号的相位。

进一步地，所述确定模块包括：获取子模块，用于获取工频通信系统的工作频率；确定子模块，用于根据所述工作频率、所述幅值和所述相位确定所述基波初始相位。

通过本发明，采用获取电压采样信号；根据电压采样信号确定电压采样信号的基波初始相位；获取相邻两个工频周期内的初始相位变化得到实际的周期参数；以及根据实际的周期参数和基波初始相位确定电压过零点的方法，解决了现有技术中确定电压过零点时不准确的问题，进而达到了提高确定电压过零点准确性的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的电压过零点的获取方法的流程图；以及

图2是根据本发明实施例的电压过零点的获取装置的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明提供了一种电压过零点的获取方法。

图1是根据本发明实施例的电压过零点的获取方法的流程图。如图所示，该电压过零点的获取方法包括如下步骤：

步骤S102，获取电压采样信号。

步骤S104，根据电压采样信号确定电压采样信号的基波初始相位。

步骤S106，获取相邻两个工频周期内的初始相位之差，得到实际的周期参数。

步骤S108，根据实际的周期参数和基波初始相位确定电压过零点。

获取电压采样信号时，可以通过电压采集装置进行采样，根据采集到的信号，可以将采集得到的电压采样信号近似的表达为：其中，U(t)为采样信号，n为谐波次数，当n为1时，u(n)表示基波，是相位。

在将电压采样信号近似的表达为时，根据电压采样信号不仅能够确定该信号的基波初始相位。还能够确定任何一个工频周期内的初始相位。那么，根据相邻两个工频周期内的初始相位之差，可以得到实际的周期参数，即该电压采样信号的周期。在确定实际的周期参数和基波初始相位之后，即可确定基波的周期、起始相位和结束相位，又由于电压信号的波形是中心对称的，所以根据实际的周期参数和基波初始相位确定电压过零点。

上述实施例中，通过电压采样信号的近似表达式确定电压采样信号的基波初始位置和实际的周期，再根据周期计算出电压过零点的位置，在整个计算过程中，不会收到电力系统中的谐波干扰，从而解决了现有技术中确定电压过零点的问题，提高了计算电压过零点的准确性。

优选地，根据电压采样信号确定电压采样信号的基波初始相位包括：根据电压采样信号获取电压采样信号的幅值。根据电压采样信号获取电压采样信号的相位。根据幅值和相位确定基波初始相位。

为了确定基波初始相位，可以由傅里叶变换对电压采样信号的表达式进行变换，得到某次谐波频率的信号幅值和相位，具体地：

通过以下方式根据电压采样信号获取电压采样信号的幅值：

$A_n=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}U\left(t\right)\cos \left(\mathrm{nk}\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right),$

通过以下方式获根据电压采样信号获取电压采样信号的相位：

$B_n=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}U\left(t\right)\sin \left(\mathrm{nk}\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right),$

其中，N为每个周期的采样数，A_n为电压采样信号的幅值，B_n为电压采样信号的相位。

进一步地，根据幅值和相位确定电压采样信号的基波初始相位包括：获取工频通信系统的工作频率。根据工作频率、复制和相位确定基波初始相位。

由于系统频率在50Hz附近，首先按照50Hz进行运算，即将50Hz代入到电压采样信号的幅值对应的公式中，并将50Hz代入到电压采样信号的相位对应的公式中，这样可以得到

当n为1时，可以得到基波初始相位，由于实际工频周期与50Hz之间的存在误差，为了获取准确的电压过零点，还必须得到实际工频周期参数。

每个工频周期计算所得到的初始相位都存在差别，根据数字锁相环方法，根据每个工频周期初始相位的变化情况，可以得到相邻两个工频周期内的初始相位之差，从而确定实际的周期参数，结合基波初始相位的，便能够确定电压过零点。在确定电压过零点之后，还可以根据基波初始相位以及实际的周期参数跟踪系统电压频率的波动。

通过上述实施例，采样电压采样信号的近似表达式确定电压采样信号的基波初始位置和实际的周期，再根据周期计算出电压过零点的位置，在整个计算过程中，不会收到电力系统中的谐波干扰，从而解决了现有技术中确定电压过零点的问题，提高了计算电压过零点的准确性。

本发明实施例还提供了一种电压过零点的获取装置。

本发明实施例的电压过零点的获取方法可以通过本发明实施例所提供的电压过零点的获取装置来执行，本发明实施例的电压过零点的获取装置也可以用于执行本发明实施例所提供的电压过零点的获取方法。

图2是根据本发明实施例的电压过零点的获取装置的示意图。如图所示，该电压过零点的获取装置包括：

第一获取单元10用于获取电压采样信号。

第一确定单元20用于根据电压采样信号确定电压采样信号的基波初始相位。

第二获取单元30用于获取相邻两个工频周期内的初始相位变化得到实际的周期参数。

第二确定单元40用于根据实际的周期参数和基波初始相位确定电压过零点。

获取电压采样信号时，可以通过电压采集装置进行采样，根据采集到的信号，可以将采集得到的电压采样信号近似的表达为：其中，U(t)为采样信号，n为谐波次数，当n为1时，u(n)表示基波，是相位。

在将电压采样信号近似的表达为时，根据电压采样信号不仅能够确定该信号的基波初始相位。还能够确定任何一个工频周期内的初始相位。那么，根据相邻两个工频周期内的初始相位之差，可以得到实际的周期参数，即该电压采样信号的周期。在确定实际的周期参数和基波初始相位之后，即可确定基波的周期、起始相位和结束相位，又由于电压信号的波形是中心对称的，所以根据实际的周期参数和基波初始相位确定电压过零点。

上述实施例中，通过电压采样信号的近似表达式确定电压采样信号的基波初始位置和实际的周期，再根据周期计算出电压过零点的位置，在整个计算过程中，不会收到电力系统中的谐波干扰，从而解决了现有技术中确定电压过零点的问题，提高了计算电压过零点的准确性。

优选地，第一确定单元包括：第一获取模块，用于根据电压采样信号获取电压采样信号的幅值。第二获取模块，用于根据电压采样信号获取电压采样信号的相位。确定模块，用于根据幅值和相位确定基波初始相位。

为了确定基波初始相位，可以由傅里叶变换对电压采样信号的表达式进行变换，得到某次谐波频率的信号幅值和相位，具体地：

第一获取模块用于通过以下方式根据电压采样信号获取电压采样信号的幅值：

$A_n=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}U\left(t\right)\cos \left(\mathrm{nk}\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right),$

第二获取模块用于通过以下方式获根据电压采样信号获取电压采样信号的相位：

$B_n=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}U\left(t\right)\sin \left(\mathrm{nk}\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right),$

其中，N为每个周期的采样数，A_n为电压采样信号的幅值，B_n为电压采样信号的相位。

进一步地，确定模块包括：获取子模块，用于获取工频通信系统的工作频率。确定子模块，用于根据工作频率、复制和相位确定基波初始相位。

由于系统频率在50Hz附近，首先按照50Hz进行运算，即将50Hz代入到电压采样信号的幅值对应的公式中，并将50Hz代入到电压采样信号的相位对应的公式中，这样可以得到

当n为1时，可以得到基波初始相位，由于实际工频周期与50Hz之间的存在误差，为了获取准确的电压过零点，还必须得到实际工频周期参数。

每个工频周期计算所得到的初始相位都存在差别，根据数字锁相环方法，根据每个工频周期初始相位的变化情况，可以得到相邻两个工频周期内的初始相位之差，从而确定实际的周期参数，结合基波初始相位的，便能够确定电压过零点。在确定电压过零点之后，还可以根据基波初始相位以及实际的周期参数跟踪系统电压频率的波动。

通过上述实施例，采样电压采样信号的近似表达式确定电压采样信号的基波初始位置和实际的周期，再根据周期计算出电压过零点的位置，在整个计算过程中，不会收到电力系统中的谐波干扰，从而解决了现有技术中确定电压过零点的问题，提高了计算电压过零点的准确性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电压过零点的获取方法，其特征在于，包括：

获取电压采样信号；

根据所述电压采样信号确定所述电压采样信号的基波初始相位；

获取相邻两个工频周期内的初始相位之差，得到实际的周期参数；以及

根据所述实际的周期参数和所述基波初始相位确定电压过零点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电压采样信号确定所述电压采样信号的基波初始相位包括：

根据所述电压采样信号获取所述电压采样信号的幅值；

根据所述电压采样信号获取所述电压采样信号的相位；

根据所述幅值和所述相位确定所述基波初始相位。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过以下方式获取电压采样信号：

其中，U(t)为采样信号，n为谐波次数，当n为1时，u(n)表示基波，是相位。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

通过以下方式根据所述电压采样信号获取所述电压采样信号的幅值：

$A_n=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}U\left(t\right)\cos \left(\mathrm{nk}\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right),$

通过以下方式获根据所述电压采样信号获取所述电压采样信号的相位：

$B_n=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}U\left(t\right)\sin \left(\mathrm{nk}\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right),$

其中，N为每个周期的采样数，A_n为所述电压采样信号的幅值，B_n为所述电压采样信号的相位。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述幅值和所述相位确定所述电压采样信号的基波初始相位包括：

获取工频通信系统的工作频率；

根据所述工作频率、所述幅值和所述相位确定所述基波初始相位。

6.一种电压过零点的获取装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取电压采样信号；

第一确定单元，用于根据所述电压采样信号确定所述电压采样信号的基波初始相位；

第二获取单元，用于获取相邻两个工频周期内的初始相位之差，得到实际的周期参数；以及

第二确定单元，用于根据所述实际的周期参数和所述基波初始相位确定电压过零点。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一确定单元包括：

第一获取模块，用于根据所述电压采样信号获取所述电压采样信号的幅值；

第二获取模块，用于根据所述电压采样信号获取所述电压采样信号的相位；

确定模块，用于根据所述幅值和所述相位确定所述基波初始相位。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述第一获取单元用于通过以下方式获取电压采样信号：

其中，U(t)为采样信号，n为谐波次数，当n为1时，u(n)表示基波，是相位。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述第一获取模块用于通过以下方式根据所述电压采样信号获取所述电压采样信号的幅值：

$A_n=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}U\left(t\right)\cos \left(\mathrm{nk}\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right),$

所述第二获取模块用于通过以下方式获根据所述电压采样信号获取所述电压采样信号的相位：

$B_n=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}U\left(t\right)\sin \left(\mathrm{nk}\frac{2\mathrm{\π}}{N}\right),$

其中，N为每个周期的采样数，A_n为所述电压采样信号的幅值，B_n为所述电压采样信号的相位。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述确定模块包括：

获取子模块，用于获取工频通信系统的工作频率；

确定子模块，用于根据所述工作频率、所述幅值和所述相位确定所述基波初始相位。